なぜ直列の酢バッテリーの電圧は個々の電圧の合計と等しくないのですか？

私は息子の小学校のクラスでクラス内のデモ/ハンズオンに取り組んでおり、ニュージーランドの10セント（銅被覆）コイン、亜鉛洗濯機、酢を浸した段ボールでいくつかの小さな電池を作りました。個々のセルの測定値は約0.96ボルトですが、そのうち4つを合わせると、約2.6ボルトしか出力されません。私はこれらのバッテリーの性質について知らないものがあり、それらが加算されないのではないかと思っています。

また、2.6ボルトでも、1対のエネループAAから出ているのと同じ電圧で、LEDはまったく明るくありません-LEDが非常に明るいエネループAAに接続するのに比べて。これは酢バッテリーのアンペア数が低いためですか？より多くを直列に配置することで改善されますか（または2つ目を作成して並列に接続する必要がありますか？）。

私は電子工学に少し慣れており、息子が非常に興味を持っているので、今はほとんどを学んでいます。

ヒントをありがとう。

目的の最終製品を示す写真を下に添付しました（簡単なスイッチとして、回路を完成させるために導線の上部と下部を絞ります）。右側は、私が自分の細胞に使用しているものです（酢を除いて、コインに合うように段ボールを切ることはありません）。

いくつかの基本的な発電のデモンストレーションだけでなく、NZの貨幣と酢を使用して商用電力を生成しない理由をデモンストレーションします！

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

図1.すべてのバッテリーには内部抵抗があり、電流が増加すると電圧が低下します。

内部抵抗の効果は、電流が増加するにつれて電圧ドループを引き起こすことです。これの簡単なデモンストレーションは、示されているように、マルチメータをAM1位置にあるときにmAに接続し（正しいソケットにリード線があることを確認します）、VM1位置にDC Vに設定します。

• LEDを取り外します。開放電圧を測定します。開放電流を測定する必要はありません。ゼロになります。
• $R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I}$

直列に接続したときに0.96 Vの4倍にならない理由を説明するのは難しいですが、写真を見るともっとわかります。

写真を見ると、個々のセルに漏れがあるかもしれません。ワッシャーまたはコインの側面が濡れると、セルが部分的にショートします。これをテストするには、スタックではなくワイヤーで接続された4つのセルを作成します。

バッテリーを負荷に接続すると、バッテリーの内部抵抗により、出力電圧が少し低下します。

バッテリーを構築する場合、バッテリーの内部抵抗を減らすためにできる4つの簡単なことがあります。

1. 電極を広くします。

   • 電解質の抵抗は、電流が流れる電解質の断面積に反比例します。一般的に、電流のほとんどは、電極間を直接直線で移動します。
   • 化学反応が発生する割合は、電極の面積に比例します。
   • これは、複数のバッテリーを並列に配線するのと同じです。

2. 電極間の間隔を狭くします。電解質の抵抗は、電流がそこを通過する距離に比例します。

   • より薄い厚紙を使用するか、ペーパータオルを使用すると、抵抗が減少します。

3. 電解質中のイオン濃度を増やします。導電率は、イオンの濃度にある程度比例します。

   • たとえば、酢には酢酸が含まれています。酢酸の割合が高い別のブランドの酢を使用すると役立ちます。
   • 酢ではなくクエン酸を使用する場合、地元の食料品店から純粋なクエン酸粉末を購入できます。通常、ベーキングアイルにあります。

4. イオン移動度の高い電解質を使用してください。電解質の抵抗は、イオン移動度に反比​​例します。

   • クエン酸（レモン汁に含まれる）と重炭酸ナトリウム（重曹）は両方とも良好な電解質を作ります。

負荷の下でバッテリー電圧を低下させる内部抵抗現象に加えて、内部短絡に関する@Jasenのコメントに細心の注意を払う必要があります。工業用バッテリーを見てください。個々のセルが電解質を共有することはありません。

あるセルの各コインと次のセルのワッシャーの間に、濡れないフィルム（ビニール袋やキャンディーラップなど）を置くことをお勧めします。それらを電気的に接続する必要があるため、絶縁層に小さなワイヤを敷いてください。これにより、バッテリーの出力が向上し、少なくとも負荷なしで、合計電圧が個々のセルの電圧の合計に近くなります。